加锌尿素试生产工艺研究

李双双

摘 要：系统论证了在尿素系统中试生产加锌尿素的工艺可行性，并讨论了锌肥种类、锌肥加入量、加入流程对生产工艺的影响，通过对加锌尿素反应原理、工艺流程、过程控制进行分析，表明在系统中规模生产加锌尿素是可行的。

关键词：锌;尿素;氮利用率

中图分类号： TQ262.3         文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2016）33-176-2

0  引言

氮肥在保障我国粮食安全和农产品供应过程中发挥了重大作用，但也造成了环境问题。氮肥的氮利用率在30%-60%，未被植物及时利用的氮化合物，随着下渗的土壤水转移至根系密集层而造成污染，造成土壤酸化、土地板结，进一步引起河川、湖泊、内海的富营养化。

因此探索尿素产品的改型，提供氮的利用率很有必要。开发加锌尿素既可提高氮的利用率，又可以解决土壤缺锌问题，还可以为企业产品多元化、增加产品附加值提供了新的途径。加锌尿素是直接以尿素为配体，锌为中心原子，在强配位条件下反应、结晶、分离而得到的一种配合型微量元素复合肥料。锌与尿素中的氮原子发生了配位，使锌更易被植物吸收，使氮缓释。因而加锌尿素是一种具有前途的水溶性缓释肥料。

加锌尿素比普通尿素具有以下优点：

①省肥。平衡施肥，提高氮的利用率。

②增产。可有效地补充土壤缺锌地区作物所需的锌，使作物根多根壮、茎粗叶大、枝芽粗壮、穗大粒满，提高作物产量;

③省力。将锌肥与氮肥掺混施肥，可促进锌肥均匀分布，提高锌在土壤中的有效性和作物吸收;

④改善作物品质。通过施加锌肥增加作物锌和蛋白质含量，进而改善人类营养。

某公司以生产尿素为主，实际产能为96万吨。本研究以现有尿素生产线为基础，通过改造一套尿素系统，优化现有设备、工艺，试生产加锌尿素。

1  影响因素选定

1.1 锌肥的选择

常见的锌肥主要有氧化锌、一水硫酸锌、七水硫酸锌、Zn-EDTA，成本ZnO<ZnSO4<Zn-EDTA。氧化锌是水难溶性的，不利于加入系统。而硫酸锌具有高溶解性和低成本，故选用硫酸锌。

1.2 锌加入量的确定

根据一些企业试验结果[1]：尿素系统加入ZnSO4·7H2O后，在尿素含Zn%小于1%范围内，对不锈钢腐蚀影响不大，但随着浓度上升，腐蚀趋于明显，见如下表1。

从方案核算成本以及加锌后对系统腐蚀的影响程度来考虑，加锌量控制在0.5%至1%范围内为宜。若在尿素系统外加锌，比如上大颗粒尿素装置，可以根据市场需求情况，加锌量可调整至2%。

另外，根据农科院提供数据，每亩地施锌肥1-2.5kg，而每亩地约施20kg的尿素，本次试验生产含锌量0.3%-1%四种规格的加锌尿素。

1.3 加入流程选择

①在蒸发后造粒塔前添加无水硫酸锌，与尿液混合溶解后通过熔融泵送入造粒塔。

②在一级蒸发前加入经过计量、溶解状态的ZnSO4·7H2O，与来自闪蒸工序的尿液充分混合后，一起进入一级蒸发、二级蒸发、造粒系统。

第一种方法设备腐蚀小，但原料要求严格（无水硫酸锌），产生粉尘较多，生产环境差，硫酸锌与尿液反应时间短，混合不均匀，效率低。第二种方法在蒸发前加入硫酸锌，尿液与硫酸锌混合均匀，反应时间长，经过一级蒸发浓缩过程，浓缩后进入二级蒸发可以充分蒸发水分，提高产品收率。

本项目采用第二种方法。

2  系统生产过程

2.1 反应原理

尿素溶液与ZnSO4·7H2O发生如下反应：

ZnSO4·xH2O+nCO（NH2）2→ZnSO4·7CO（NH2）2

或ZnSO4·xH2O·xCO（NH2）2

ZnSO4·7CO（NH2）2为半络合物，是目的产物，ZnSO4·xH2O·xCO（NH2）2是中间产物，因此严格控制蒸发条件限制中间产物含量。生成的ZnSO4·7CO（NH2）2是半络合物，尿素锌产品中不含游离尿素，降低尿素水解，因此可以控制氮的释放率，达到缓控释放效果。

2.2 工艺流程

在一级蒸发前加溶解槽、计量罐，将硫酸锌加入溶解槽，加蒸汽冷凝液进行溶解，经计量槽、计量泵后与来自前工序的尿素溶液，在真空下混合、溶解、反应后，进入一级、二级蒸发送入造粒塔造粒、包装。

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2.3 设备选型

加锌尿素装置基本上属于常压设备，管道、设备均采用不锈钢。设备规格满足工序连续运行要求。

2.4 过程控制

①温度控制。尿素系统正常操作温度128-132℃，温度过低会出现结晶堵塞的危险。因此，在试生产过程中要保持料液较高温度，以稳定生产。

②负荷控制。

为了避免带入生产中过多的水，保证产品合格。在进行料液配制过程中，保持溶剂较高温度，增加锌肥的溶解量，从而减少带入系统水的量。

系统中投料负荷不能过高，因为带入系统的锌肥温

度相对较低，投料负荷越高，吸收的热量越多，需要补充的热量也越多。原有蒸汽未做相应调整，易导致产品含水量高。

③实时监督各工艺指标，根据系统负荷变化及时作出调整。

3  结语

此次试生产出的加锌尿素外观光滑、致密、球形好，无多颗粒尿素粘结现象。试生产的结果表明，在系统中规模生产加锌尿素是可行的。

参 考 文 献

[1] 王国柱.利用尿素系统生产尿素锌的试验[J].中氮肥， 1991（3）：44-45.

[2] 徐卫忠，付磊.多种类增效尿素生产工艺探讨[J].中氮肥，2016（02）：42-45.